JPH10332657A - 液体クロマトグラフ用流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】常時液体の流量を絶対値として測定し得る液体
クロマトグラフ用流量測定装置を提供すること。 【解決手段】流路内の液体の流量（流速）を測定する流
量計であって、液体を蓄えるための液溜、該液溜中に蓄
えられた液体の液面高さの変化を測定する測定手段及び
計時手段とを有し、単位時間当たりの液面高さの変化量
と前記液溜の容積とから、該液溜から流出し又は該液溜
に流入する液体の流量（流速）を計算する流量計からな
る液体クロマトグラフ用流量測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体クロマトグラ
フ用流量測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体クロマトグラフは、従来から微量成
分の定性・定量等に多用されている。例えばサイズ排除
クロマトグラフィーと呼ばれる手法においては、未知試
料についてのピーク溶出時間、即ち溶出容量を既知成分
を含む標準試料の溶出容量と比較することにより、該未
知試料に含まれる成分を定性する。従って、移動相用の
液溜、送液ポンプ、分離カラム、検出器等等とこれらを
連通する配管で構成される液体クロマトグラフ系内の流
路を流れる液体（移動相）の流量（流速）を正確に制御
することが、液体クロマトグラフにおいては非常に重要
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液体の
流量については、従来、送液ポンプでの送液量設定に依
存するか、或いは流路中で液体に熱量を加えたり、又は
液体を冷却する等して液体に温度分布を生じさせ、液体
の流量の違いに応じて温度分布の形状が変化することを
利用して流量を測定することしか行われていない。

【０００４】しかしながら、前記の温度分布の形状変化
を利用する方法においては、媒体の熱容量、密度、比熱
などの物性値の違いにより、流量測定値が大きく異なる
ため、正確な物性値が決定できない液体に対しては相対
的な流量の変化を測定し得るのみで、絶対的な流量を測
定することは困難であるという課題がある。また液体ク
ロマトグラフにおいては、目的物質により様々な液体を
移動相として使用するのみでなく、何種類もの液体を適
当な濃度で混合する場合もあり、このような場合には、
任意の時間での絶対的な流量を測定することはできない
という課題があった。

【０００５】そこで本発明の目的は、常時液体の流量を
絶対値として測定し得る液体クロマトグラフ用流量測定
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる従
来技術の課題に鑑みてこれを解決すべく鋭意検討した結
果、本発明を完成するに至った。液体の種類によらず液
体クロマトグラフ系内の流路における絶対的な流量を測
定することを目的としてなされた本発明は、即ち、流路
内の液体の流量（流速）を測定する流量計であって、液
体を蓄えるための液溜、該液溜中に蓄えられた液体の液
面高さの変化を測定する測定手段及び計時手段とを有
し、単位時間当たりの液面高さの変化量と前記液溜の容
積とから、該液溜から流出し又は該液溜に流入する液体
の流量（流速）を計算する流量計からなる液体クロマト
グラフ用流量測定装置である。

【０００７】また本発明は、液体の種類によらず液体ク
ロマトグラフ系内の流路における絶対的な流量を連続的
に測定し得るものであり、流路内の液体の流量（流速）
を測定する流量計であって、液体を蓄えるための液溜、
該液溜中に蓄えられた液体の液面高さの変化を測定する
測定手段及び計時手段とを有し、単位時間当たりの液面
高さの変化量と前記液溜の容積とから、該液溜から流出
し又は該液溜に流入する液体の流量（流速）を計算する
流量計を、切り換え手段を介して２個以上連結して備
え、一方の流量計における液溜中の液面高さがあらかじ
め設定された範囲外となった場合に、前記切り換え手段
により流路を切り換えて別の流量系に液体を導くこと
で、連続的に流量を計算することを特徴とする液体クロ
マトグラフ用流量測定装置である。

【０００８】上記本発明の構成において、特に好ましく
は、液溜はその少なくとも一部が透明又は半透明である
と共に、該透明又は半透明部に液溜中の液面高さを測定
するための２以上の光センサが配置され、これら光セン
サで液面が測定される時間を計時すると共にこれを液溜
の容積と関連付けることにより流量を測定する流量計か
らなることを特徴とするものであり、使用する光センサ
は、好ましくは光センサがＣＣＤセンサ又はダイオード
アレイセンサである流量計からなることを特徴とする。

【０００９】本発明の流量測定装置は、通常の液体クロ
マトグラフにおいて使用することが可能である。即ち、
移動相として使用する液体に対し、化学的に安定な性質
を有する部材でこれを構成すれば、例えば水系の液体、
有機溶媒系の液体等を用いる液体クロマトグラフにおい
て使用することが可能である。また、液体クロマトグラ
フ流路系を構成する他の部品として、例えば送液ポン
プ、分離カラム、検出器等を例示できる。これら部品
は、いずれも通常の液体クロマトグラフで使用されるも
ので良い。例えば分離カラムは、サイズ排除クロマトグ
ラフィー用、イオン交換用、逆相クロマトグラフィー用
等の充填剤を充填したカラムを例示できる。また、これ
らカラムは、例えばガードカラムや濃縮カラムを装備し
ていても良い。例えば検出器は、液体クロマトグラフに
よって定性・定量等されるべき試料中の成分との関係に
おいて適宜選択して使用すればよく、一例を述べれば、
吸光度検出器、蛍光検出器、透過光検出器、示差屈折率
検出器等を例示できる。なお、検出器による検出のため
に、液体クロマトグラフの流路の一部はいわゆるフロー
セルとして構成しても良い。例えば送液ポンプは、ピス
トンやシリンジ等を利用するポンプを例示できるが、こ
の他にも、例えばペリスタポンプ等でも良い。

【００１０】本発明の流量測定装置は、このような液体
クロマトグラフの流路内におけるいずれの位置であって
も配置可能である。例えば移動相用の液体溜と該液体溜
から液体を分離カラムに向けて送液する送液ポンプの間
に配置すれば、流路内において分離カラムや検出器にか
かる背圧を減少することができる。一方、例えば検出器
の下流側に配置すれば、検出器での流速を直接測定する
ことができる。前者の場合は、一旦液溜に液体を導き、
液溜から流出する液体の流量を測定すれば良く、後者の
場合は液溜に流入する液体の流量を測定すれば良い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づき更に
詳細に説明する。図１は、本発明の液体クロマトグラフ
用流量測定装置の概要を示す図である。該装置は、液体
を蓄えるための、透明部材（ガラス）で構成された円柱
状の液溜１と、液溜１中に蓄えられた液体の液面高さの
変化を測定する手段２から５、更には不図示の計時手段
（ＣＰＵ）とを有している。

【００１２】液面高さの変化を測定する手段は、光源２
及び３と、液溜１を通過した光源光を検出するセンサ４
及び５から構成されている。従って、例えば液体を液溜
１に導いた場合、センサ５から４間を液面が通過する時
間を測定し、液溜におけるこれらセンサが配置された高
さの差と液溜の断面積とを関連付ければ、液溜に流入す
る液体の流量を知ることができる。これとは逆に、例え
ば液体をセンサ４で液面が検出されるまで予め液溜１に
蓄えておき、液体の液溜１への流入を停止した状態で流
出させ、液面がセンサ５で検出されるまでの時間を測定
すれば、同様の理由により液溜１から流出する液体の流
量を知ることができる。

【００１３】より具体的には、透明管の内径を２ｒ、光
センサ間の距離をｌ、液面が通過する時間がｔであった
場合、流速Ｆは、次式で計算される。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで、液溜１の内径やセンサ間の距離
は、測定を行う液体クロマトグラフにおいて予定される
流量（送液ポンプの設定流速等）により適切な値を選択
すれば良いが、通常の液体クロマトグラムで使用する流
量（流速）である数μｌ/ 分から数十ｍｌ/ 分の範囲に
おいては、好ましくは内径０．２〜１０ｍｍ、センサ間
距離数μｍ〜数ｃｍである。

【００１６】以上の式からも明らかなように、本発明に
よれば、液溜１の形状とセンサ間距離のパラメータのみ
で流量を測定することができるため、使用する液体の種
類によらず、絶対的な流量を測定することができる。

【００１７】本例では、液溜１が円柱状のガラス管であ
る場合を説明したが、液溜は、例えば四角柱等の柱状で
あっても、または不定形のものであっても、計算によ
り、又は経験的にセンサ間の容積をしることができるも
のであれば制限はなく、その容積についても特に制限は
ないが、より高精度に流量を知るためには、できる限り
容積は小さくしておくことが好ましい。またその材料に
ついても、液面が観測可能で、移動相として使用する液
体により変質しない、化学的に安定な材料であれば良
い。更に、本例ではセンサを２個使用したが、特に流入
する液体の流量を測定する場合は、少なくとも１個のセ
ンサを使用すれば良い。また、３個以上のセンサを使用
すれば、より連続的な流量測定が可能となる。即ち、３
個以上のセンサを使用すれば、図１に示したような２個
のセンサを使用するタイプにおいて、流量測定可能範囲
が液溜の容積に応じて限定され、かつ、流量の測定時間
間隔がセンサの配置間隔に応じて長くなることを防ぐこ
とができる。具体的には、３個以上のセンサを使用し、
１個目と２個目、1 個目と３個目等、複数のセンサから
特定のセンサを選択して流量を測定できるばかりでな
く、１個目と２個目、２個目と３個目等、連続して複数
回の測定も可能であり、流量測定可能範囲を広げ、測定
時間間隔を短縮できる。

【００１８】なお、本例では計時手段の機能をＣＰＵに
担わせ、直接流量測定装置に付加しない構成について説
明したが、このような構成では単位時間当たりの液面高
さの変化量と液溜の容積を関連付ける作業等に加えて、
後述する流路切り換え作業を該ＣＰＵに行わせることも
可能である。

【００１９】図２は、液面高さの変化を測定する手段と
してＣＣＤセンサ又はダイオードセンサを利用した場合
を示す図である。この例では、液溜６は図１に示したも
のと同様であるが、光源７に線光源を用い、液溜６の液
面高さを検出するセンサ８にＣＣＤセンサ又はダイオー
ドセンサを使用するのである。このように、本例におけ
るセンサは、複数の光測定素子を有しており、図１に示
したタイプのものと比較してより連続的に液面高さの変
化を測定することが可能である。通常の光センサを２個
以上配置する場合、一般に光センサの大きさは数ｍｍ〜
数ｃｍであることから、光センサ間の距離ｌの最小値を
数ｍｍ以下にすることは困難であるが、ＣＣＤセンサや
ダイオードアレイセンサ等では、一つの素子の幅が数μ
ｍ〜数ｍｍ程度の光測定素子が、数十〜数千個直線上に
並んだ構造をしており、光センサ間距離ｌの最小値を数
μｍ〜数ｍｍ程度に設定できるのである。

【００２０】図３は、本発明の流量測定装置を、切り換
え手段を介して２個接続した場合を示す図である。本例
では、分離カラムで分離され、更に検出器で検出を終え
た液体の流量を測定すべく、液体クロマトグラフ流路の
末端（最下流側）に該装置を配置した例示を示したもの
である。

【００２１】液体クロマトグラフにおける１回の操作で
使用する液体（移動相）の量が液溜の容積よりも少ない
場合は、以上に説明した本発明の流量測定装置を単一で
用いることができる。一方、使用する液体の量が液溜の
容積を越える場合、測定可能な液面の位置（上限又は下
限）が限定されるため、液溜の容積に応じて決定される
一定量の液体が液溜に流入し、或いは流出した後は、一
旦、液溜中の液体を排出し又は液溜に液体を蓄えるまで
は液面高さの変化を測定することはできない。そこで、
本発明では、図３のごとく、流量測定装置を切り換え手
段を介して２個以上接続するのである。２個以上の流量
測定装置を流路を切り換えて使用することにより、一の
装置で流量を測定している間に他の装置を流量測定を行
い得る状態にすれば、前記のように一の装置において液
体を排出し又は蓄える作業が必要となった場合にも当該
他の装置を使用して流量を測定する事が可能であり、連
続的に流量測定を行うことができる。

【００２２】図３においては、送液ポンプにより送液さ
れた液体は、カラムおよび検出器を通り、本発明の液体
クロマトグラフ用流量測定装置に導かれる。電磁弁９を
Ｘ側（閉塞）に、電磁弁１０を流量測定装置１５側に切
り換えてａの流路を開通すれば、検出器による検出を終
えた液体は流路１７を通って流量測定手段１５に流入
し、液溜における液面高さはＬ１からＨ１へと変化す
る。従って、液面高さの変化に要した時間を計時し、液
溜の容積と関連付ければ、液体クロマトグラフ流路内の
流量（流速）を知ることができる。

【００２３】流量測定装置１５において液面高さがＨ１
を越えたならば、電磁弁９を電磁弁１２側に切り換えて
ｂの流路を開通すると共に、電磁弁１０を電磁弁１１側
へ、そして電磁弁１１を不図示の廃液溜への流路１８側
に切り換えてｃの流路を開通することで、流量測定装置
１５内の液体を排出しつつ、流量測定装置１６により流
量の測定を継続できる。即ち、ｂの流路を開通すると同
時に電磁弁１２及び１３を流量測定装置１５側に切り換
えてｄの流路を開通すれば、前記同様にして液面高さの
変化から流量を測定できる。

【００２４】以上の動作をくり返し行うことにより、流
量測定装置１５及び１６により、連続的に流量を測定す
ることができる。

【００２５】ここで、流量測定装置の液溜中の液体を排
出するために要する時間は、液体の粘度などの物性値
と、液溜及び液溜からの廃液用流路（配管）の内径等に
よって変化するが、この時間が、一方の流量測定装置に
おいて液面高さがＬ１（Ｌ２）からＨ１（Ｈ２）まで変
化するために要する時間よりも短ければ、本例のように
２個の流量測定装置で連続的な流量の測定が可能であ
る。このため、例えば廃液用の流路内径を太くしたり、
本例で示した重力による液体の排出に代えて排出用のポ
ンプ手段を配置することが例示できるが、流量測定装置
の数を３個以上としても良い。

【００２６】本例においては、液体を２個の流量測定装
置に導くために、複数の電磁弁を配置する構成を示した
が、液体の流量（流速）に大きな影響を与えることなく
流路を切り換えられるものであれば電磁弁に制限され
ず、切り換えバルブなどを使用することも例示できる。
また、計時手段としてＣＰＵを使用する場合には、該Ｃ
ＰＵにより流量測定手段が液溜中の液面高さがＨ１（Ｈ
２）となったことを検出した場合、前記したように電磁
弁等の切り換えを自動的に行うようにすることもでき
る。

【００２７】図３においては、流路系の末端に流量測定
手段を配置する構成を示したが、例えば溶液溜から送液
ポンプに至る流路に配置することも例示できる。この場
合は、送液ポンプ又は重力を利用して一旦液体を液溜に
蓄えた後、該液溜から流出する液体の流量を液面高さの
低下により測定することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の流量測定装置によれば、物性値が異なる等しても、そ
のような相違によらず液体クロマトグラフにおける流路
内を流れる液体の絶対的な流量（流速）を測定すること
が可能である。しかも、液溜の容積等を適宜変更すれ
ば、極微量の液体を用いて行われる液体クロマトグラフ
から、大量の液体を用いて行われる例えば分取液体クロ
マトグラフ等においても使用することが可能である。

【００２９】本発明の流量測定装置は、液溜と液面高さ
の変化を測定する手段及び計時手段とにより、安価かつ
容易に構成可能な流量測定装置であり、用途に応じてそ
の配置場所を適宜決定できるうえに、単一又は２個以上
の装置を配管を介して連結すれば、連続的に流量を測定
し得るものである。従って、従来の液体クロマトグラフ
装置に追加して配置する等することもできるという、有
用性をも兼ね備えた流量測定装置である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の流量測定装置の概要を示す図
である。

【図２】図２は、本発明の他の流量測定装置の概要を示
す図である。

【図３】図３は、２個の流量測定装置から構成される、
本発明の流量測定装置の概要を示す図である。

【符号の説明】

１、６ 液溜 ２、３、７ 光源 ４、５、８ センサ ９〜１４ 電磁弁 １５、１６ 流量測定装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流路内の液体の流量（流速）を測定する流
   量計であって、液体を蓄えるための液溜、該液溜中に蓄
   えられた液体の液面高さの変化を測定する測定手段及び
   計時手段とを有し、単位時間当たりの液面高さの変化量
   と前記液溜の容積とから、該液溜から流出し又は該液溜
   に流入する液体の流量（流速）を計算する流量計からな
   る液体クロマトグラフ用流量測定装置。
2. 【請求項２】流路内の液体の流量（流速）を測定する流
   量計であって、液体を蓄えるための液溜、該液溜中に蓄
   えられた液体の液面高さの変化を測定する測定手段及び
   計時手段とを有し、単位時間当たりの液面高さの変化量
   と前記液溜の容積とから、該液溜から流出し又は該液溜
   に流入する液体の流量（流速）を計算する流量計を、切
   り換え手段を介して２個以上連結して備え、一方の流量
   計における液溜中の液面高さがあらかじめ設定された範
   囲外となった場合に、前記切り換え手段により流路を切
   り換えて別の流量系に液体を導くことで、連続的に流量
   を計算することを特徴とする液体クロマトグラフ用流量
   測定装置。
3. 【請求項３】前記液溜の少なくとも一部が透明又は半透
   明であると共に、該透明又は半透明部に液溜中の液面高
   さを測定するための２以上の光センサが配置され、これ
   ら光センサで液面が測定される時間を計時すると共にこ
   れを液溜の容積と関連付けることにより流量を測定する
   流量計からなることを特徴とする請求項１又は２の液体
   クロマトグラフ用流量測定装置。
4. 【請求項４】光センサがＣＣＤセンサ又はダイオードア
   レイセンサである流量計からなることを特徴とする請求
   項３の液体クロマトグラフ用流量測定装置。